寧夏地區(qū)日光溫室氣象服務(wù)現(xiàn)狀分析與思考

魏月娥宋慧萍喇楠

(1.中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險管理重點實驗室，寧夏 銀川 750002；2.寧夏回族自治區(qū)吳忠市氣象局，寧夏 吳忠 751100)

引言

設(shè)施農(nóng)業(yè)是采用人工技術(shù)手段，改變自然光、溫條件，創(chuàng)造優(yōu)化動植物生長的環(huán)境因子，使之能夠全天候生長的設(shè)施工程。設(shè)施農(nóng)業(yè)是個新的生產(chǎn)技術(shù)體系，關(guān)鍵技術(shù)是能夠最大限度利用太陽能的覆蓋材料，具有寒冷季節(jié)高透明、高保溫，夏季降溫、防苔，將太陽光無用光波轉(zhuǎn)變?yōu)檫m應(yīng)光合作用需要的光波等功能。其根據(jù)不同的種養(yǎng)品種需要，設(shè)計成不同設(shè)施類型。日光溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，日光溫室生產(chǎn)與氣象條件有著密切的關(guān)系，日光溫室從設(shè)計建造到生產(chǎn)管理等一系列環(huán)節(jié)都離不開氣象服務(wù)。準確、及時、專業(yè)的氣象服務(wù)對提高溫室生產(chǎn)的安全性、高效性有著十分重要的意義。寧夏回族自治區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)起步于20世紀80年代中期[1]，近年來，寧夏利用豐富的光照、引黃入灌水資源等優(yōu)勢，合理規(guī)避氣溫低、無霜期短的現(xiàn)象，大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，日光溫室產(chǎn)業(yè)已然成為寧夏地區(qū)一部分農(nóng)民增加收入的主要來源。

1 日光溫室氣象服務(wù)研究進展

雖然日光溫室內(nèi)的作物不直接受外界氣象因素的影響，但棚內(nèi)小氣候與外界氣象因子有著重要的聯(lián)系，當(dāng)室內(nèi)溫度不適時可通過外界環(huán)境進行調(diào)節(jié)。氣象部門應(yīng)利用部門優(yōu)勢著力研究出大氣候與設(shè)施小氣候之間的對應(yīng)關(guān)系，制作出有針對性的設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報，科學(xué)指導(dǎo)種植戶趨利避害發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，并有效調(diào)節(jié)室內(nèi)小氣候，以提高設(shè)施園藝農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。陳友根、許彥平、趙子征等利用模糊數(shù)學(xué)方法、相似方法等對日光溫室進行了氣候區(qū)劃研究[2-4]。魏瑞江、王鑫等在對不同結(jié)構(gòu)的日光溫室內(nèi)外氣象要素隨時間變化的連續(xù)記錄和分析研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了不同結(jié)構(gòu)的日光溫室內(nèi)溫度的變化規(guī)律，建立了不同結(jié)構(gòu)日光溫室內(nèi)外氣溫與天空狀況、室外環(huán)境溫度相關(guān)性的擬合關(guān)系[5-8]。天津市氣象局、陜西省氣象局的研究人員在溫室內(nèi)氣象條件模擬的基礎(chǔ)上將數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品帶入模擬模型中，開發(fā)了日光溫室氣象環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、日光溫室氣象服務(wù)專家系統(tǒng)，建立了集分布式多點實時監(jiān)測采集、無線遠程傳輸、數(shù)據(jù)分析與處理以及預(yù)警預(yù)報為一體的業(yè)務(wù)化運行系統(tǒng)，實現(xiàn)了氣象實時監(jiān)測顯示和產(chǎn)品發(fā)布，最終通過手機短信、網(wǎng)站等媒體發(fā)布專業(yè)服務(wù)產(chǎn)品，為我國北方大部分地區(qū)的日光溫室氣象服務(wù)提供技術(shù)支持和業(yè)務(wù)參考；通過發(fā)布即時的專業(yè)天氣預(yù)報和災(zāi)害性天氣預(yù)警信息，為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)提供生產(chǎn)決策建議，達到了為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減少氣象災(zāi)害損失和提高日光溫室防災(zāi)減災(zāi)的能力[9-11]。南京信息工程大學(xué)聯(lián)合山東省氣候中心、浙江省氣候中心、成都市氣象局、河海大學(xué)、臺州市氣象局系統(tǒng)地開展了設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象保障技術(shù)研究，制定了設(shè)施小氣候觀測規(guī)范行業(yè)標準、創(chuàng)建和發(fā)展了設(shè)施農(nóng)業(yè)精細化服務(wù)氣象災(zāi)害指標體系，集成設(shè)施小氣候預(yù)報模型，提出了設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境的優(yōu)化調(diào)控技術(shù)，研發(fā)了設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與氣象保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)[12,13]。

日光溫室所處的地理環(huán)境不同，室外氣候狀況各異，其對氣象服務(wù)的需求也就各不相同。寧夏地區(qū)目前在日光溫室集中區(qū)都安裝了溫室小氣候自動站，但對本區(qū)域日光溫室氣象服務(wù)方面的研究多限于對溫室小氣候的監(jiān)測，而對于溫室小氣候條件預(yù)報預(yù)測方面的研究較少較淺。寧夏氣象局科研所張磊分別對寧夏山區(qū)和灌區(qū)的二代節(jié)能型日光溫室內(nèi)最低氣溫和最高氣溫變化規(guī)律做了分析；并在一系列觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分別建立了山區(qū)和灌區(qū)二代節(jié)能型日光溫室在陰天、非陰天兩種情況下最低氣溫的預(yù)報模型，是目前寧夏日光溫室氣象服務(wù)的重要依據(jù)[14,15]。寧夏氣象局科研所朱永寧對寧夏賀蘭縣二代節(jié)能型日光溫室、提高型二代節(jié)能日光溫室、塑料拱棚3類不同類型的溫室內(nèi)溫度進行了試驗觀測，分析得到了不同類型溫室內(nèi)溫度的時空變化規(guī)律[16]。

2 寧夏日光溫室氣象災(zāi)害

目前，寧夏日光溫室建設(shè)以NXW-4、NXW-5型寧夏節(jié)能二代日光溫室為主。新建日光溫室采用全鋼架結(jié)構(gòu)，以高建設(shè)質(zhì)量，保障冬季安全生產(chǎn)[17]。只有充分掌握了日光溫室氣象災(zāi)害發(fā)生的機理、發(fā)生時間、持續(xù)時間和災(zāi)害的強度及致?lián)p情況，才能為日光溫室生產(chǎn)者提供及時、準確、有針對性的氣象預(yù)報、預(yù)警信息。經(jīng)過多次調(diào)研和實地考察，總結(jié)出在寧夏地區(qū)日光溫室遭受的氣象災(zāi)害主要有以下幾類。

2.1 低溫寡照

日光溫室熱能主要來自太陽輻射，光照是日光溫室內(nèi)植物制造養(yǎng)分和生命活動不可缺少的能源條件，是影響日光溫室蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素。每年12月中下旬—次年2月上旬，是寧夏一年中氣溫最低的時候，也是寧夏地區(qū)日光溫室越冬茬作物生產(chǎn)管理關(guān)鍵時期。持續(xù)低溫會導(dǎo)致地溫下降，進而出現(xiàn)寒根，致使地上部分遭受低溫冷害。如果遇到連陰天，沒有光照或者光照時間少，日光溫室內(nèi)作物光合作用減弱，溫度也持續(xù)走低，這種情況會抑制植物生長從而造成低溫寡照危害。如，2020年1月2—16日，寧夏全區(qū)陰天或多云天數(shù)近14d，此時正是越冬茬番茄果實成熟的關(guān)鍵時期，受低溫寡照的影響，減產(chǎn)近50%，造成農(nóng)戶嚴重損失。由于加熱和補光的成本高，寧夏地區(qū)日光溫室都不具備加熱設(shè)備，補光設(shè)備也是相對簡易，低溫寡照災(zāi)害是寧夏地區(qū)日光溫室生產(chǎn)面臨最嚴重的災(zāi)害性天氣之一。

2.2 大風(fēng)災(zāi)害

大風(fēng)是指10min平均風(fēng)速≥12m·s-1(6級以上)或瞬間風(fēng)速≥17.2m·s-1(8級以上)的風(fēng)。在寧夏，每年初春和11月份的時候，全區(qū)系統(tǒng)性大風(fēng)天氣頻發(fā)，如果在起風(fēng)前放氈不及時，大風(fēng)直接刮壞棚膜，造成損失。另外，還有塵卷風(fēng)形式的大風(fēng)災(zāi)害。塵卷風(fēng)是地表加熱不均時，在近地面氣層中產(chǎn)生的一種尺度很小的旋風(fēng)，可以把塵土和一些細小的物體卷揚到空中。每年3—4月氣溫回升，塵卷風(fēng)頻發(fā)，刮破棚膜，造成農(nóng)戶損失。相對于系統(tǒng)性大風(fēng)災(zāi)害來說，塵卷風(fēng)造成災(zāi)害的范圍較小，但塵卷風(fēng)突發(fā)性強，瞬時風(fēng)力更大，局地性強，難預(yù)測、難防御。如，2020年3—4月，吳忠市利通區(qū)金積鎮(zhèn)、上橋鎮(zhèn)、郭家橋鄉(xiāng)等地就出現(xiàn)了5例塵卷風(fēng)造成日光溫室塑料膜損毀的災(zāi)情。

2.3 雪災(zāi)

大到暴雪一般指連續(xù)12h降雪量4.5mm以上，或者連續(xù)24h降雪量7.5mm以上的降雪。寧夏地區(qū)大到暴雪多發(fā)生在2月份和11月份。2月份偏南暖濕氣流發(fā)展，此時雪的含水量大，稱為濕雪。濕雪會導(dǎo)致日光溫室保溫氈增濕增重，加上雪本身重量，超過日光溫室鋼架的承載負荷時，會壓垮日光溫室；另外，伴隨降雪過程外界氣溫降低，棚內(nèi)氣溫也隨之下降，影響作物生長發(fā)育。如，2017年2月20日下午—21日08∶00，吳忠全市普降暴雪，局地大暴雪；其中利通區(qū)、青銅峽、鹽池累計降雪量均超過10mm，同心累計降雪量為7.3mm，最大累計降雪量出現(xiàn)在鹽池，達21.1mm；這次暴雪過程造成吳忠市利通區(qū)郭家橋鄉(xiāng)數(shù)座日光溫室一夜之間被壓垮。

2.4 暴雨

暴雨是降水強度很大的雨，一般指降雨量達16mm·h-1以上，或連續(xù)12h降雨量30mm以上，或連續(xù)24h降雨量50mm以上的降水。寧夏地區(qū)暴雨天氣主要集中在每年的7—8月，素有強度強、雨勢急、并伴有雷暴大風(fēng)等強對流天氣的特點。寧夏地區(qū)二代節(jié)能型日光溫室大部分后墻是土墻，部分日光溫室后墻堆有秸稈。強度大、持續(xù)時間長的降水過程，對墻體會造成沖刷，另外降水從秸稈滲透之后會壓塌后墻；在寧夏地區(qū)，夏季日光溫室處于生產(chǎn)空閑期，這一段時間日光溫室一直處于揭氈、通風(fēng)的狀態(tài)，這時候強短時暴雨伴隨雷雨大風(fēng)，會損壞棚膜，造成損失。

2.5 雹災(zāi)

冰雹是一種直徑大于5mm的固體降水物，是以雹胚為核心，在冰雹云中碰凍過冷水滴長大而形成的[18]。寧夏地區(qū)冰雹天氣集中在4—9月，其中以6、7、8這3個月最多；這一時段日光溫室基本處于空閑期，不蓋氈，突發(fā)的冰雹天氣會砸壞棚膜，造成損失。

2.6 霜凍

農(nóng)業(yè)上把霜凍定義為在植物生長季節(jié)內(nèi)，由于土壤表面、植物表面及近地氣層的溫度降到0℃以下，引起植物體凍害的現(xiàn)象。寧夏地區(qū)天氣預(yù)報業(yè)務(wù)規(guī)定，4月15日(灌區(qū)4月10日)—10月15日期間，最低氣溫降至3℃以下、0℃以上為輕霜凍；最低氣溫降至0℃及其以下為霜凍。由溫暖季節(jié)向寒冷季節(jié)過渡的時期發(fā)生的霜凍為早霜凍，由寒冷季節(jié)向溫暖季節(jié)過渡的時期發(fā)生的霜凍為晚霜凍。每年4月10日—5月20日這段時間，寧夏地區(qū)往往會出現(xiàn)晚霜凍災(zāi)害，日光溫室在通風(fēng)后沒有及時關(guān)閉通風(fēng)口的情況下遇到嚴重霜凍時，棚內(nèi)氣溫驟降，會造成日光溫室內(nèi)設(shè)施作物凍害。

2.7 霧霾

霧霾，顧名思義是霧和霾?？諝庵械幕覊m、硫酸、硝酸等顆粒物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成的視覺障礙的為霾。霧是有大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統(tǒng)。

冬季正是日光溫室作物生長發(fā)育的關(guān)鍵時刻，在寧夏地區(qū)，冬季是霧霾天氣的高發(fā)期。受霧霾的影響，光照不足，氣溫持續(xù)走低，大棚內(nèi)植株坐果率下降，往往造成減產(chǎn)，進而影響農(nóng)民收入。

3 寧夏日光溫室氣象服務(wù)面臨的問題

從寧夏地區(qū)日光溫室遭受的氣象災(zāi)害和寧夏地區(qū)的氣象服務(wù)現(xiàn)狀分析，寧夏地區(qū)日光溫室的氣象服務(wù)主要面臨的問題有如下幾點。

3.1 針對性不強，精細化不夠

目前氣象部門發(fā)布的預(yù)報產(chǎn)品有常規(guī)的天氣預(yù)報和災(zāi)害性天氣預(yù)警信號。常規(guī)天氣預(yù)報包括晴雨、空氣溫度和風(fēng)3個要素；災(zāi)害性天氣預(yù)警信號包括暴雨、暴雪、寒潮、大風(fēng)、沙塵暴、高溫、雷電、冰雹、霜凍、大霧、霾、道路積冰、干旱等13類；涉及到日光溫室的氣象服務(wù)產(chǎn)品有農(nóng)用天氣預(yù)報。但這些預(yù)報產(chǎn)品和服務(wù)產(chǎn)品都不是專門針對日光溫室的，并不能滿足日光溫室生產(chǎn)者的個性化需求。

3.2 服務(wù)手段相對落后

由于各方面的原因，系統(tǒng)性信息服務(wù)產(chǎn)品的操作、加工、集成、分發(fā)等綜合性工作服務(wù)效率低，目前日光溫室生產(chǎn)者主要依靠電子顯示屏、大喇叭、電視游動字幕和農(nóng)村氣象信息員接收天氣預(yù)報、預(yù)警信息。但災(zāi)害性天氣預(yù)警信號時效性強，轉(zhuǎn)播、轉(zhuǎn)發(fā)方式都會耗費一定的時間。由于氣象服務(wù)手段落后，農(nóng)戶不能及時收到災(zāi)害性天氣預(yù)報、預(yù)警信息，因而不能采取有效應(yīng)對措施。

3.3 天氣預(yù)報的準確率還不夠高

雖然隨著科技的發(fā)展，天氣監(jiān)測手段越來越先進，數(shù)值預(yù)報的準確率較以前明顯提高，但對冰雹、雷雨大風(fēng)、塵卷風(fēng)等局地性和突發(fā)性較強的災(zāi)害性天氣的落區(qū)和時間預(yù)報預(yù)警技術(shù)還不是很完善，預(yù)報預(yù)警的準確率和時間提前量都還不能滿足日光溫室種植戶的需求。

3.4 氣象服務(wù)指標沒能發(fā)揮很好的作用

目前氣象部門已有一部分人員從事研究設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)指標工作，雖已制定出針對某種設(shè)施農(nóng)業(yè)指標，但真正指導(dǎo)種植戶生產(chǎn)的較少，只是停留在理論層面上，缺乏實際應(yīng)用。

3.5 設(shè)施農(nóng)業(yè)種植戶對本地天氣預(yù)報、預(yù)警重視程度不夠

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶日常會通過手機上自帶的天氣預(yù)報相關(guān)的軟件了解天氣情況，未能關(guān)注本地的官方天氣預(yù)報、預(yù)警發(fā)布平臺，對于突發(fā)性的災(zāi)害性天氣做不到提前防御。

4 思考和建議

氣象服務(wù)離不開天氣預(yù)報，預(yù)報準確率是日光溫室氣象服務(wù)的關(guān)鍵，寧夏地區(qū)氣象部門應(yīng)該依靠科技進步和科技創(chuàng)新，加強訂正預(yù)報技術(shù)研究，加強局地天氣氣候規(guī)律研究，提高中長期預(yù)報的準確率。提供冬季最低氣溫和天空狀況的中長期預(yù)報預(yù)測，為日光溫室農(nóng)戶提供可靠的預(yù)報預(yù)測信息，讓農(nóng)戶有充足時間應(yīng)對極端災(zāi)害性天氣，減少氣象災(zāi)害對日光溫室生產(chǎn)造成的影響。

夯實氣象服務(wù)能力，提高日光溫室氣象服務(wù)的針對性和精細化水平。制作針對日光溫室生產(chǎn)的災(zāi)害性天氣和轉(zhuǎn)折性天氣的專題氣象服務(wù)產(chǎn)品和預(yù)報、預(yù)警服務(wù)，實時滾動溫度、降水、日照、風(fēng)速、風(fēng)向等專項預(yù)報。增加日光溫室建設(shè)前氣候資源評估和氣象災(zāi)害風(fēng)險評估。

疏通日光溫室生產(chǎn)者和氣象部門之間的信息傳播，讓直通式氣象預(yù)報、預(yù)警信息服務(wù)發(fā)揮重要的作用。對現(xiàn)有電子顯示屏、大喇叭等設(shè)備進行更新和及時維修，增強災(zāi)害性天氣預(yù)報、預(yù)警的準確性和及時性；充分利用微信公眾號、微信群組、微博、抖音、快手等新媒體手段作為高效快捷的服務(wù)渠道，提高信息服務(wù)效率。同時拓寬服務(wù)對象，將轄區(qū)內(nèi)的日光溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大戶全部納入鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象信息員，建立信息庫，充分利用其影響力，及時發(fā)布、傳遞氣象信息，最大程度上減少災(zāi)害造成的影響和損失。

加強與種植戶的溝通。在不同時期實地了解設(shè)施農(nóng)業(yè)種植戶對氣象服務(wù)的需求，制作出針對性強的服務(wù)產(chǎn)品，將研究出的氣象服務(wù)指標用在實際生產(chǎn)中，充分發(fā)揮指標的效應(yīng)，為種植戶日光溫室生產(chǎn)趨利避害，發(fā)揮重要作用。同時加強對日光溫室種植戶的培訓(xùn)，增強其對天氣預(yù)報、預(yù)警的認識，提高利用氣象信息助力生產(chǎn)和防災(zāi)、減災(zāi)的能力。

加強氣象與農(nóng)業(yè)部門的合作，學(xué)習(xí)積累日光溫室主栽果蔬品種的生長發(fā)育特性，開展極端氣候條件下不同作物耐受性和病理研究，增強日光溫室氣象服務(wù)的專業(yè)性和時效性。